综采工作面过大断层工艺探索与应用

温明宝 王建军

（山东能源枣矿集团高庄煤业有限公司，山东 济宁 277600）

1 概况

高煤公司3上1111工作面倾斜长度214 m，煤厚平均4.6 m，工作面选用ZY13000/28/60D大采高液压支架、MG750/1840-WD电牵引采煤机，为一次采全高综采工艺，采用走向长壁后退式采煤法，全部垮落法处理采空区顶板。推采过程中，工作面先揭露了落差8 m的F6-3断层。该断层在工作面内走向长度为73.3 m，生产过程中工作面最大一次性揭露60架全岩，该断层自机头出面。然后机头持续揭露一条落差4.8 m的F6-1断层，该断层走向长度52 m，横穿工作面，衰减至4.2 m后自机尾出面。工作面示意图如图1。

2 过断层方案

2.1 顶板管控方案

（1）工作面顶板加固措施

① 采用注马丽散加固煤体。工作面过断层期间属于仰采阶段，对煤岩交界及支架托顶煤开采的区域，为防止折帮掉落，在上网、拉移超前支架基础上，采取超前注马丽散加固方式强化支护，超前工作面5～7 m注马丽散对顶帮进行加固。工作面内上盘距断层面3～5架超前注马丽散对顶帮进行加固。注马丽散孔深控制在5～7 m，仰角控制在16°～20°，保证注浆压力（5～7 MPa），确保加固效果。

② 锚索超前支护。当采用注马丽散对顶帮加固效果不明显时，采用锚索超前支护，确保顶板稳定。使用Ф21.8 mm×7200 mm锚索，配合长×宽×厚=1000 mm×300 mm×80 mm木托盘以及高强锰钢板托盘对托顶煤区域进行支护，具体如图2。锚索呈70°角度，锚索支护间距为1.75 m，即每架1根锚索，将顶网紧贴岩面，木托盘长壁沿工作面倾向布置，确保支护效果。

图2 锚索支护示意图

（2）加强矿压观测，超前分析预警

每天安排专人对工作面进行矿压观测和顶板巡查工作，对工作面围岩变形严重区域进行预警。

（3）强化考核验收，确保顶板安全

一是加强工作面超前架管理，全面拉移超前支架，确保空顶距不大于340 mm。二是加强质量验收，每班对支架偏差值、支架中心距进行测量验收，严禁支架歪斜、挤架和咬架。出现歪架征兆时，及时采取上网、上料方式造假顶，降低采高至3 m左右，制定专项的调架方案。三是推采过程中，由于工作面由断层上盘进入断层下盘，工作面沿断层面推进，在断层面两侧及顶板破碎带等特殊地段进行上网、上料对顶板加强支护。

2.2 破矸截割方案

（1）更换高强截齿，进行强推硬过

经鉴定，正巷揭露的矸石硬度为8.4，工作面过断层以强推硬过为主，采用破矸石硬度10的高强度截齿。对于高强度截齿破矸石效果不好的区段，采用“桥拱式”深孔预裂技术辅助采煤机割矸。

（2）“桥拱式”深孔预裂，预留岩柱支撑顶板

在工作面使用深孔爆破预裂技术，垂直工作面煤壁施工钻孔，见矸打眼，见煤停钻，提前对工作面断层全岩区域进行爆破预裂。根据现场测算松动圈的直径，加大钻孔间距，预留1～2 m的岩柱，在确保岩层产生裂隙的同时保证对顶板的支护，避免顶板破碎。

① 孔间距确定：揭露断层后，先施工试验孔，爆破预裂后，在距离试验孔6 m位置施工1#验证孔（与试验孔同角度、同深度）；如未遇到松动圈，距离试验孔5 m位置施工2#验证孔；如遇到松动圈，距离试验孔7 m位置施工2#验证孔。以此方法确定松动圈范围，以“松动圈不交叉、预留1～2 m的岩柱”为原则，确定深孔预裂孔间距。

② 钻孔直径与钻杆选型：使用Φ73 mm钻头，配合Φ50 mm×1 m钻杆施工。

③ 钻孔深度：20 m。

④ 钻孔装药量及装药方式：正向装药，利用Φ63 mm×1000 mm×4000 g专用筒装炸药，单根连接后装填进钻孔内，使用黄泥封口，如图3。

图3 装药示意图

⑤ 预裂爆破所需设备工具见表1。

表1 预裂爆破所需设备工具表

2.3 层位管理方案

（1）加强层位分析，做好超前指导

过断层期间每天一素描，每推进5 m探测一次层位，如果遇到特殊情况再加密探测，开展动态开采层位监督，为确定断层的实际位置、发展方向和断层处煤层的距离提供保障。工作面每推采3 m进行一次测绘，画出剖面图，校正工作面平面图，并要求每隔20 m进行预剖，同时根据工作面两巷实际剖面图，对生产进行超前指导。

（2）加强层位调整，减少破矸量

生产过程中，本着“避硬就软”原则，在保证合理生产的条件下，提前20架调整，破底矸区域组织飘刀、破顶矸区域组织刹底，飘刹幅度整体控制在10°～15°，破矸石全岩区域采高控制在3～3.5 m，两端头区域以正巷上下山为基础进行调整，进一步减少割矸量。根据现场条件，当班工长每10架测量飘刹底、坡度、采高和支架歪斜角度，重点管控区域每5架测量飘刹底，确保回采层位合理。

3 效果分析

3上1111综采工作面实现了安全高效过大断层，通过采取煤帮加固措施，保证了飘刀仰采期间的顶板安全。通过采取深孔预裂方式，一次性打眼20 m进行爆破，大大减少了打眼放炮频次，工作面进行一次深孔预裂，可以满足5～7 d的正常生产，有效解决了冲击地压工作面的限员问题，有效保护了智能化设备免受矸石损伤。经济效益方面，解决了工作面搬家带来的诸多问题，多回收煤炭资源20万t。